海水淡化调研研究报告

海水淡化概念和意义海水脱盐生产淡水。是指将水中多出盐分和矿物质去除得到淡水工序。是实现水资源利用开源增量技海水淡化即利用术，能够增加淡水总量，且不受时空和气候影响，水质好、价格渐趋合理，能够保障沿海居民饮用水、农业用水和工业锅炉补水等稳定供水。有时食用盐也会作为副产品被生产出来。地球表面即使 2/3被水覆盖，不过97％为无法饮用海水，只有不到3％是淡水，其中又有2％封存于极地冰川之中。在仅有1％淡水中，25％为工业用水，70％为农业用水，只有极少一部分可供饮用和其它生活用途。然而，在这么一个缺水世界里，水却被大量滥用、浪费和污染。加之，区域分布不均匀，致使世界上缺水现象十分普遍，全球淡水危机日趋严重。现在世界上100多个国家和地域缺水，其中28个国家被列为严重缺水国家和地域。估计再过20～30年，严重缺水国家和地域将达46～52 个，缺水人口将达 28～33亿人。中国广大北方和沿海地域水资源严重不足，据统计中国北方缺水区总面积达58万平方公里。全国500多座城市中，有300多座城市缺水，每十二个月缺水量达58亿立方米，这些缺水城市关键集中在华北、沿海和省会城市、工业型城市。伴随地球上人口激增，生产快速发展，淡水已经变得比以往任何时候全部要珍贵。淡水资源担心是全世界面临严重问题之一，海水淡化是处理这一问题根本路径。二、将海水进行淡化处理原理 海洋水占全球水总储量97%,而人类有近七成居住在距大海不到120公里地方,所以海水淡化成为新水源开发肯定趋势。海水淡化就是将海水脱除盐分变为淡水过程。 海水水质关键特点是:(1) 含盐量高,通常在35g/L左右(2) 腐蚀性大(3) 海水中动、植物多(4) 海水中多种离子组成百分比比较稳定(5)pH改变小,海水表层pH在811～813范围内,而在深层pH则为718左右。图表1海水中关键离子成份 海水淡化方法分类及其原理依据分离过程,海水淡化关键包含蒸馏法、膜法、冷冻法和溶剂萃取法等。蒸馏法海水淡化是将海水加热蒸发,再使蒸气冷凝得到淡水过程,又可分为多级闪蒸、多效蒸发和压气蒸馏。膜法海水淡化是以外界能量或化学势差为推进力,利用天然或人工合成高分子薄膜将海水溶液中盐分和水分离方法,由推进力起源可分为电渗析法、反渗透法等。冷冻法海水淡化是将海水冷却结晶,再使不含盐碎冰晶体分离出并融化得到淡水过程。溶剂萃取法海水淡化是指利用一个只溶解水而不溶解盐溶剂从海水中把水溶解出来,然后把水和溶剂分开从而得到淡水过程。海水淡化历史能够追溯到公元3世纪,当初水手用海绵吸收海水蒸发出水蒸气,然后将凝结淡水挤出以供旅途之需。海水淡化真正实现装机应用是在18世纪后期。最早海水淡化处理厂于1881年在地中海马耳她岛上建成,岛上饮用水大部分起源于海水淡化处理。现代海水淡化方法早期研究开发中,蒸馏法尤其是多级闪蒸法应用最为广泛。近二十年来反渗透技术发展速度很快,在海水淡化领域总容量已经靠近多级闪蒸容量份额。第二节 海水淡化工艺分析一、海水淡化方法 多级闪蒸(MSF)多级闪蒸是多级闪急蒸馏法简称。其原理是将原料海水加热到一定温度后引入闪蒸室 ,因为闪蒸室中压强控制为低于热盐水温度所对应饱和蒸气压,所以热盐水进入闪蒸室后即成为过热水而急速地部分汽化,所产生蒸气在冷却水管外壁冷凝为所需淡水,同时热盐水本身温度降低。原料海水在进入加热器前作为冷却水冷凝闪蒸室中蒸气,换热后温度上升,能够节省大量能源。多级闪蒸整个设备由多个闪蒸室组成,每一级闪蒸室里面能够完成一个完整净化过程。热盐水依次流经若干个压强逐步降低闪蒸室逐层蒸发降温,浓度逐层增大,直到温度靠近(但高于)天然海水温度。多级闪蒸技术利用热能和电能 ,适合于能够利用热源场所,通常和火力发电站联合建设和运行。因为其技术最为成熟,海水结垢倾向小、设备简单可靠、易于大型化、操作弹性大、运行安全性高和可利用低位热能和废热等优点 ,现在多级闪蒸总装机容量在海水淡化领域仍属第一。图表2多级闪蒸原理示意图 反渗透(RO)用膜将含盐浓度不一样2种水分开,在含盐一侧外加一个压力,使之大于膜两侧渗透压力差,迫使水从高浓度溶液中析出并透过膜进入低盐浓度溶液,这就是反渗透原理。反渗透海水淡化系统以下图所表示,由4个关键部分组成:(1)预处理;(2)高压泵;(3)膜组件;(4)后处理。其中,预处理是对进料海水进行处理,通常包含去除悬浮固体,调整pH,添加临界隐蔽剂以控制碳酸钙和硫酸钙结垢等 ,目标全部是为了保护膜。高压泵用于对进料海水加压,使之达成适合于所用膜和进料海水所需要压力。膜组件关键是半透膜,它截留溶解盐类,而许可几乎全部不含盐水经过。后处理关键是进行稳定处理,包含pH调整和脱气处理等。图表3反渗透系统步骤图 作为膜组件关键,半透膜材料不停更新以愈加好地适应工业应用。最早使用膜材料是醋酸纤维素,以后逐步被其它醋酸纤维素、聚酰胺和其它聚合物等多种配料或衍生物替换。20世纪50年代末,劳伯和索里拉金开发了不对称醋酸纤维素膜,将膜材料发展引入了新阶段。不对称膜(也称作薄膜复合膜)有2个连贯部分:第一部分是和盐水溶液接触表层(截留层),决定膜性能;另一部分是多孔支撑层,支撑上述表层,同时许可水经过。现在生产中使用膜绝大部分是不对称膜 ,它许可被复合材料含有最好表层截留特征,同时背称材料含有防压实特征。不对称膜可分为固态膜和动态膜2种,前者有4种基础构型:板框式、管式、卷式和中空纤维式。反渗透工艺中,经过改变膜组件数量和组合方法能够达成不一样效果。现在工艺关键有单级、并联、截留级和产品级。单级是最简单组合,只有一个合适容量膜组件;并联是指多个膜组件并联以提升产量,系统脱盐率和回收率不改变;截流级也称多级或串联,从1级截留浓缩盐水作为第2级进料水,能够提升系统回收率;产品级很适合海水脱盐,从第1级出来淡水作为第2级进料液,能够提升脱盐率,同时从第2级出来截留水还可和原料海水混合进行再处理,提升回收率。反渗透技术只利用电能,适合于有电源多种场所。因为含有没有相变、节省能源、适适用于海水和苦咸水淡化等特点,近二十年来反渗透技术发展速度最快,淡化成本也降得最快,其在海水淡化领域总容量已经靠近多级闪蒸容量份额。冷冻法冷冻法，即冷冻海水使之结冰，在液态淡水变成固态冰同时盐被分离出去。冷冻法和蒸馏法全部有难以克服弊端，其中蒸馏法会消耗大量能源并在仪器里产生大量锅垢，而所得到淡水却并不多；而冷冻法一样要消耗很多能源，但得到淡水味道却不佳，难以使用。太阳能法人类早期利用太阳能进行海水淡化，关键是利用太阳能进行蒸馏，所以早期太阳能海水淡化装置通常全部称为太阳能蒸馏器。馏系统被动式太阳能蒸馏系统例子就是盘式太阳能蒸馏器，大家对它应用有了近 150 年历史。因为它结构简单、取材方便，至今仍被广泛采取。现在对盘式太阳能蒸馏器研究关键集中于材料选择、多种热性能改善和将它和各类太阳能集热器配合使用上。和传统动力源和热源相比，太阳能含有安全、环境保护等优点，将太阳能采集和脱盐工艺两个系统结合是一个可连续发展海水淡化技术。太阳能海水淡化技术因为不消耗常规能源、无污染、所得淡水纯度高等优点而逐步受到大家重视。低温多效多效蒸发是让加热后海水在多个串联蒸发器中蒸发，前一个蒸发器蒸发出来蒸汽作为下一蒸发器热源，并冷凝成为淡水。其中低温多效蒸馏是蒸馏法中最节能方法之一。低温多效蒸馏技术因为节能原因，多年发展快速，装置规模日益扩大，成本日益降低，关键发展趋势为提升装置单机造水能力，采取廉价材料降低工程造价，提升操作温度，提升传热效率等。电渗析法该法技术关键是新型离子交换膜研制。离子交换膜是0.5-1.0mm 厚度功效性膜片，按其选择透过性区分为正离子交换膜（阳膜）和负离子交换膜（阴膜）。电渗析法是将含有选择透过性阳膜和阴膜交替排列，组成多个相互独立隔室海水被淡化，而相邻隔室海水浓缩，淡水和浓缩水得以分离。电渗析法不仅能够淡化海水，也能够作为水质处理手段，为污水再利用作出贡献。另外，这种方法也越来越多地应用于化工、医药、食品等行业浓缩、分离和提纯。压汽蒸馏压汽蒸馏海水淡化技术，是海水预热后，进入蒸发器并在蒸发器内部分蒸发。所产生二次蒸汽经压缩机压缩提升压力后引入到蒸发器加热侧。蒸汽冷凝后作为产品水引出，如此实现热能循环利用。露点蒸发法露点蒸发淡化技术是一个新苦咸水和海水淡化方法。它基于载气增湿和去湿原理，同时回收冷凝去湿热量，传热效率受混合气侧传热控制。水电联产水电联产关键是指海水淡化水和电力联产联供。因为海水淡化成本在很大程度上取决于消耗电力和蒸汽成本，水电联产能够利用电厂蒸汽和电力为海水淡化装置提供动力，从而实现能源高效利用和降低海水淡化成本。国外大部分海水淡化厂全部是和发电厂建在一起，这是目前大型海水淡化工程关键建设模式。蒸馏法蒸馏法即使是一个古老方法，但因为技术不停地改善和发展，该法至今仍占统治地位。蒸馏淡化过程实质就是水蒸气形成过程，其原理如同海水受热蒸发形成云，云在一定条件下遇冷形成雨，而雨是不带咸味。依据所用能源、设备、步骤不一样关键可分设备蒸馏法、蒸汽压缩蒸馏法、多级闪急蒸馏法等。图表4海水淡化方法分类 图表 5三种海水淡化工艺关键技术参数对比表 二、影响海水淡化工艺选择原因海水淡化方法比较及其发展方向海水淡化方法有十余种。现在关键方法有多效蒸发（MED）、反渗透（RO）和多级闪蒸（MSF）等，而适适用于大型海水淡化方法只有MED、MSF和RO。MED方法中低温多效蒸馏（LT-MED）开发后在世界范围内快速得到了较广泛应用，和RO和MSF一起成为最具发展前景海水淡化技术。到底哪种方法最适合当地经济、社会发展不是绝正确。本文将世界关键三种淡化方法进行比较并结合实践对选择海水淡化方法依据进行探讨。现在关键淡化方法技术原理及应用多年来世界上海水淡化正向高效化、低能化和规模化目标发展， MSF、LT-MED、RO更成为适适用于大型化海水淡化技术主流。MSF方法大规模商业化生产淡水已经有30多年，技术成熟，运行安全性高。LT-MED其特征是将一系列水平管降膜蒸发器串联起来并被分成若干效组，用一定量蒸汽输入经过数次蒸发和冷凝，从而得到多倍于加热蒸汽量蒸馏水。可作为锅炉补充用水、生产过程工艺用水或大规模市政饮用水供水。RO 关键应用领域有海水和苦咸水淡化，纯水和超纯水制备，工业用水处理，饮用水净化，医药、化工和食品等工业料液处理和浓缩，和废水处理等。关键淡化方法比较及发展方向2.1MSFMSF含有工艺成熟，维护量较小，运行可靠，对原水预处理要求低和使用寿命长，出水品质好等优点。MSF存在最大问题就是性能比低，通常限制在11 左右，造成更大能量消耗，即耗电能较大，使得MSF比LT-MED成本高。MSF海水淡化技术表现以下发展方向：1）提升最高操作温度，寻求改善热量交换新方法。经过薄管壁材料选制，逐滴冷凝过程改善尽可能降低热交换面积，提升热交换量等。2）成功实现大型MSF装置。依据LeonAwerbuch 报道，在阿布扎比 (AbuDhabi)苏威哈特厂(Shuwaihat)，其单套装置设计规模为76000m3/d。3）采取新材料和管路优化设计提升效率。WDI企业采取效率高达 95%蒸汽压缩设备、带沟槽薄钛管作为传热材料、特种混凝土作为蒸发器壳体，显著地降低造水成本。2.2LT-MEDLT-MED是 20世纪80 年代开发出来新技术。它特点是对原料海水预处理要求不高、过程循环动力消耗小、生产淡水水质高(盐度<5mg/L)。另外，该技术降低制水成本潜力很大，其造水比高，可超出15。LT-MED海水淡化技术发展方向以下：1）装置规模大型化和超大型化。美国南加州正在计划建设日产淡水28400m3LT-MED淡化工程，其淡化装置总效数为30，造水比 22，共有535个相同管束。2）采取新工艺和新材料提升性能。对热过程改善(即新工艺)采取 NF技术。新材料包含光滑铝合金管或铝合金波纹管制成传热管材和特种混凝土等壳体材料。3）和核能等新能源结合。LT-MED能够使用反应堆提供清洁低品位热能。4）若能处理结垢问题，LT-MED可向高温多效蒸馏前进，以取得更高造水比，达30。 2.3RO含有投资低、能耗低、建设周期短等优点，适适用于建造多种规模海水淡化工程。其突出优点就是成本较低，大约在0.50～0.70美元/m3淡化之间，这还取决于能源成本。RO膜轻易受到污染和结垢影响（CaCO3，CaSO4，BaSO4），易被氧化剂（Cl2，HClO）氧化而造成损害，所以对进入 RO 装置水质要求较高，预处理较为严格。RO 海水淡化技术最新研究动态包含以下几方面：1）功或压力交换器和段间能量回搜集成技术研究。PX或Aqualyng等新型高效能量回收器可使RO 淡化过程本体电耗大约在2.6kWh/m3淡水。2）新型RO膜研究。方向分为低压RO膜和高压 RO 膜。因为能量回收器效率不停提升，高压膜在海水淡化过程中应用相对较多，而低压膜关键用于苦咸水淡化过程。3）全膜法预处理工艺研究。全膜法预处理很好地结合了MF、UF 和NF预处理方法优点，有效降低化学品添加量和RO膜组件清洗次数，使操作过程愈加环境友好。4）高回收率工艺研究。BCS(brineconversionsystem) 系统采取SWRO-级浓缩水作进(含盐质量分数5.8%～8.7%)，在8.0～10.0MPa操作压力下，回收率能够达成60%。最好淡化方法选择到底选择哪种淡化方法，还要依据当地环境特征和运行目标，因地制宜，评定这种淡化方法是否最适合当地经济发展。通常选择海水淡化方法依据关键包含以下要素：环境要素、经济要素、需求要素、技术要素等。3.1环境要素环境要素关键包含海水原因、地理位置原因、能源贮备原因等。3.1.1海水原因每种淡化方法对海水温度适应性不一样。如RO适宜温度为15～25℃；蒸馏法适宜温度为0～35℃。对于RO过程，膜透水量随水温升高而增高。低温海水粘度增大使膜孔收缩，产水量大幅度下降；而水温过高则加紧膜水解速度，使有机膜变软，易于压实。水温季节性节改变大海域(如渤海中部，冬、春季均温为5℃以下，夏季均温为25℃，显然不利于RO过程，而选择蒸馏法比较适合。因为冬季水温过低，将RO站建造在中国北方最好选择是用发电厂冷却海水作为其供水。下图谱反应了进料海水盐浓度对RO\MSF影响。能够看出，和MSF相比，盐浓度RO影响较大，MSF几乎适适用于任何盐浓度进料海水。RO法适用最大盐浓度是多少这个问题极少人研究，据Karelin报道，最大盐浓度不应超出100g/L。图表6 反渗透操作压力、多极闪蒸气压和进料海水盐浓度关系 海水水质污染程度对蒸馏法不敏感；但对RO 而言，会使 RO压力和单位电耗率增大，所以大大增加了RO海水预处理难度和成本；对于较小规模通常也轻易处理，而对大型淡化厂则有可能影响到总体技术方案。中东地域海湾水有“四高”，即：高温 (夏天高达40℃)、高菌藻、高石油污染和高盐度 (总含盐量高达40000mg/L)，对 RO 是不利，所以中东地域海水淡化多以MSF为主。现在也建立了大型海水RO淡化厂，她们预处理经验是值得借鉴。3.1.2地理位置原因在没有充足汽源火电厂海岛区，通常采取RO；如存在发电厂，则RO用发电厂冷却海水作为其供水。在汽源充足沿海火电厂，鉴于历史原因通常采取大型蒸馏淡化厂。3.1.3能源贮备原因MSF或MED需要汽和电作为能源；RO只需要电作为能源。蒸馏淡化厂利用汽轮机低压抽汽作为热源，或和低温核能供热站直接连接。如有足够可利用电源，而无需本身发电，那么选择RO是含有吸引力，因为其初始成本低、轻易维护且运行方法简单。如有丰富天然资源(天然气、石油等)，能源费用很低，则使蒸馏法运行成本降低，含有出口电能优势。这也是中东地域对MSF尤其热衷原因之一。值得一提是，中东地域也是较早试用大型海水 RO 地域，但在以后相当长时期，仍会以MSF为主。除天然气、液体燃料和化石燃料外，海水淡化替换型能源关键包含核能、太阳能、风能、地热能、海洋能和生物能等。其中核能淡化最有竞争力：中小型反应堆耦合大规模淡化装置。反应堆热量经多回路隔离，在MSF盐水加热器中加热盐水，或为 MED提供首效加热蒸汽，即可实现和 MSF或 ME 耦合；利用核能发电为RO提供电能，即可实现和RO成功耦合。3.2 经济要素影响海水淡化经济原因很多，其中能耗问题是论证经济可行性最关键指标之一。海水淡化技术工艺不一样，需消耗不一样形式能量。下面以总体情况对关键海水淡化方法能耗和投资进行比较，见下表。经过下表能够得到以下结论：图表7 关键海水淡化方法能耗和投资比较 1）MSF 和 MED 系统关键消耗热能，另外还需要少许电能，而 RO 系统只消耗电能。因为热、电不等价性使常规性能评价指标之间缺乏可比性。为此建立了以电量为基准统一性能评价指标体系，它将脱盐系统所消耗热能按实际技术水平折算等价电量 (当量电耗量)，以单位淡水产量 (当量)电耗率指标进行性能评价，如表 1 所表示。由 (当量)电耗率和总电耗率得出耗能大小2）从主设备投资来看RO 最低。但 RO 膜产水率受海水温度影响，当水温较低时必须设置海水加热装置或利用热量，这将大大增加其能量消耗。实际运行中，膜反清洗也需消耗一定电量。所以，RO 装置实际运行能量消耗要大于表所表示数值。3.3 需求要素需求要素关键指生产规模，也就是所需水量。可谓是确定最好淡化方法关键原因之一：制成饮用水量(这种饮用水是建成后工厂要生产水)。蒸馏法海水淡化技术指标和其装置规模亲密相关，装置容量越大，其经济性就越强。MSF 关键适合于大型和超大型淡化装置，现在 MSF 最大单机容量高达 50000m3/d。通常日产几千 m3 海水淡化规模，对其所选甚少。 规模较小，通常在日产 1 万 m3以下，单机生产力在 3000m3/d 左右。RO 法不管大型、中型或小型全部适用。即使中国现在淡化水接收程度，需求量和装置规模全部很小，但建设大型海水淡化装置和淡化厂势在必行。所以在自然水资源极度短缺地域，不管建设海水淡化厂资金怎样，首先选择是超大规模淡化工厂(鉴于历史原因大多数采取 MSF)起源源不停地制造淡水供大家生存、社会发展。 3.4 技术要素RO 法为了连续可靠地进行水生产，需要为大量耗用具（膜）和化学品制订大额运行预算。欧美日等国家和地域是膜和膜组件生产大国，如美国 DuPont、Filmtec、日本东洋纺、东丽企业、日东电工等膜制造商，使膜分离海水淡化容量占有较高比重，处理能力较大，所以这些国家和地域能够优先考虑 RO 法。另外，海水淡化迫切需要采取新技术、新工艺来深入降低淡化成本、使能量和水符合匹配要求。所以集成技术应运而生。能源装置、蒸馏装置和膜法 RO 装置相结合集成技术在不停优化，淡化和发电、制盐、产水和提取海洋元素相结合过程，甚至核能淡化，全部已得到高度重视。 低温多效蒸发器和反渗透装置综合技术经济比较在汽源充足沿海火力发电厂，采取低温多效蒸发器和反渗透装置相比，其关键优点是： ）进料海水过滤加药预处理简单，从而可简化过滤和加药系统；）出水水质比一级反渗透方法提升了30 倍，若作为电厂锅炉补给水可直接进入凝结水精处理装置；）因为低温减压蒸馏海水浓缩倍率为1.7 左右，仍不会发生硫酸钙结垢及海水先经过离子陷井良好牺牲阳极保护作用，设备可 1.5～5 年清洗一次，检修周期长达 20 年；）负荷从到 20%改变，可实现自动调整而无须操作人员介入，可靠性好；）运行费用低，其制水成本比反渗透每吨水低1～1.5 元。三、海水淡化预处理及后处理工艺 海水淡化预处理示范工程实际运行情况，在原有工艺基础上加以改善，采取“混凝+澄清+砂滤 + 微滤”预处理工艺。来自自然沉降池海水经海水提升泵提升，和来自加药系统经计量泵计量絮凝剂在射流器中混合后进入机械反应混合絮凝池，絮凝后海水靠液位差自然流人斜板沉淀池，沉淀后上清液流人中间储水罐，中间储水罐海水经泵打人一体化膜过滤装置，出水进产品水罐。该一体化膜过滤装置中砂滤出水经 1Ixm 平板膜过滤，再 0．21xm 中空纤维膜。图表8渤海海水预处理工艺步骤 一个大型海水淡化项目往往是一个很复杂系统工程。就关键工艺过程来说，包含海水预处理、淡化（脱盐）、淡化水后处理等。其中预处理是指在海水进入起淡化功效装置之前对其所作必需处理，如杀除海生物，降低浊度、除掉悬浮物（对反渗透法），或脱气（对蒸馏法），添加必需药剂等；脱盐则是经过上列某一个方法除掉海水中盐分，是整个淡化系统关键部分，这一过程除要求高效脱盐外，往往需要处理设备防腐和防垢问题，有些工艺中还要求有对应能量回收方法；后处理则是对不一样淡化方法产品水针对不一样用户要求所进行水质调控和贮运等处理。海水淡化过程不管采取哪种淡化方法，全部存在着能量优化利用和回收，设备防垢和防腐，和浓盐水正确排放等问题。第三章 中国外海水淡化技术及进展情况分析第一节 国际海水淡化技术概况 一、海水淡化技术关键进展 中国海水淡化技术是在政府支持和国家关键攻关项目驱动下发展起来，电渗析、反渗透和蒸馏法（多级闪蒸、压气蒸馏和低温多效蒸馏）等海水淡化技术研究开发，全部取得相当大进展。1958 年首先开展电渗析海水淡化研究，1967－1969 年国家科委和国家海洋局共同组织了全国海水淡化会战，同时开展电渗析、反渗透、蒸馏法等多个海水淡化方法研究，为海水淡化事业发展奠定了基础。1965 年，山东海洋学院化学系在中国最优异行反渗透 CA 不对称膜研究；上世纪 70年代进行了中空纤维和卷式 RO 膜及元件研究，并初步工业化。“七五”以来，反渗透海水淡化技术开发研究一直列入国家关键攻关项目，“七五”期间完成了中、低盐度反渗透膜和组件研制，建立了海岛苦咸水淡化示范工程；“八五”期间，在中盐度反渗透膜研制方面取得了很大进展；“九五”攻关使新型聚酰胺复合膜中试放大成功，结合关键技术和设备引进，现已生产聚酰胺复合膜产品。1997 年在浙江舟山市嵊山镇建造了 500 立方米/日反渗透海水淡化示范工程，吨水耗电 5.5 度以下，技术经济指标含有相同容量世界优异水平。现在中国已建和在建海水淡化装置 10 多个, 以反渗透法为主，已建成最大反渗透海水淡化工程为 5000m3/d 。另外，还开展了 NF-RO 集成海水淡化研究。浙江玉环电厂 30000吨/日双膜法海水淡化工程已完成招标协议，建成后将成为中国最大海水淡化同类工程。上世纪 60 年代原船舶工业部上海 704 研究所开发了 5m3/d 级压汽蒸馏淡化装置和利用柴油机缸套水余热闪蒸淡化装置装备舰船使用。 70 年代-80 年代初，天津市科委支持了日产淡水百吨级多级闪蒸中试研究，取得一定设计参数和经验。80 年代以后，国家海洋局天津海水淡化和综合利用研究所进行了 30m3/d 规模压汽蒸馏装置开发工作，其研究内容包含 30m3/d竖管常压压汽蒸馏装置和 30m3/d 水平管负压压汽蒸馏装置（操作温度 72℃）和 30m3/dOTE/VC 淡化装置。以上研究工作取得结果和过程中碰到问题为后期研究积累了丰富经验，对于中国蒸馏法海水淡化技术发展起到了关键推进作用。1987 年大港电厂从美国 ESCO 企业引进两套 3000m3/dMSF 海水淡化装置，和离子交换法结合，处理锅炉补给水供给，运转至今取得了显著经济和社会效益，自 1994 年开始参考引进多级闪蒸海水淡化装置，开发生产出日产 1200m3 淡水多级闪蒸系统原型中间试验装置。1998 年完成安装，此设备出水电导率在 2.7～7μs/cm 之间,产水量最大约 45m3/h，尚需深入进行改善工作。国家海洋局天津海水淡化和综合利用研究所研制 60m3/d 低温双效压汽蒸馏工业试验装置于 年 3 月投入运行，并装瓶销售。此举不仅处理了海水淡化装置从单效变多效效间接口问题，而且在工业规模上验证了蒸发 /冷凝传热系数和污垢系数[2， 3]，为工业规模多效蒸馏装置设计和制造奠定了技术基础。 年 6 月由国家海洋局天津海水淡化和综合利用研究所设计 3000m3/d 低温多效蒸馏海水淡化工程在山东黄岛发电厂一次试车成功并经过 9 个多月运行考验。该装置系中国第一台完全自主知识产权多效蒸馏海水淡化装置，装置国产化率达 99%。该装置建设完成表明中国已初步掌握大型低温多效蒸馏海水淡化成套技术。另外， 10000m3/d多效蒸馏示范工程已完成设计，近期将开工建设。除了自主设计建造蒸馏淡化工程外， 年河北黄骅发电厂签约从法国 Sidem 企业引进 210000m3/d 热压缩多效蒸馏海水淡化装置，将于 年下六个月投入运行。 年，天津经济技术开发区签约从美国 WEIR 热能企业引进 10000m3/d 低温多效装置，计划于 年底投入运行。二、美国研制薄膜蒸馏法淡化海水技术 美国新泽西理工学院薄膜分离技术领域一位化学工程师兼杰出教授研发出一个突破性海水淡化方法。这位化学工程师在薄膜分离领域已经拥有了 20 多项专利，她表示，利用这种海水淡化新技术，能够将含盐浓度高海水进行淡化。这项研究是由美中国政部垦务局提供资金支持。研究人员表示，现在利用反渗透技术能够处理海水含盐浓度最高为 5.5%，这种淡化海水新技术能出色地处理含盐浓度超出 5.5%海水，而且这种新方法只需廉价低等燃料提供热能，而且效能极高。这种淡化海水新技术利用是薄膜蒸馏法，处理过程也很简单，即利用廉价燃料对盐水溶液加热，迫使水从盐溶液中蒸发，纯净水蒸气从薄膜上一个纳米级小孔中穿过，然后在薄膜另一侧冷却中凝结。研究人员表示，薄膜分离技术基础原理已经是众所周知。人和动物体内肠道就能够被视为半渗透薄膜，科学家对薄膜分离技术早期研究就是利用动物这些组织来进行。薄膜分离技术大多应用在生物医学、生物工艺学、化学、食品、石化、制药和水处理工业领域，来进行分离、净化和浓缩液体溶液或是气体。现在薄膜分离技术关键依靠于对薄膜和薄膜组件设计能力。其中薄膜上小孔尺寸是关键考虑原因，它将决定液体或气体中哪种分子能够穿过薄膜，尤其是在分子从一个高浓度环境流向一个低浓度环境时。薄膜两边压力和浓度不一样就会引发分离现象发生，而且当薄膜上小孔尺寸缩小时，薄膜有效性和选择性全部会增加，如这种海水淡化技术中分离薄膜小孔尺寸还不足几纳米。 研究人员表示，这种淡化海水新技术在未来有宽广应用前景，如经过淡化海水来净化出适合饮用水有广大用户，并刺激经济发展。三、日本主动研发合成纤维膜海水淡化技术日本《FujiSankeiBusinessi.》 年 5 月 23 日报道，化学纤维生产厂家致力于海外海水淡化和排水处理等水处理业务。在经济连续增加新兴国家，很多因为水资源不足而苦恼，加上生活水平提升和环境意识高涨，估计相关市场急剧扩大。日本厂家优势是以合成纤维等开发培育“膜”技术应用。跳出“只有水”意识留传日本，在世界寻求业务机会。 在在地中海沿岸另一方内陆部几乎没有水资源阿尔及利亚，非洲最大海水淡水化装置 1 月开始运转。制造能力高达天天 20 万立方米。在中东沙特阿拉伯， 15 万立方米装置也将从明年开始运行。两个装置订货了东丽从使用海水除去盐分和杂质“反渗透（ RO中精力使“水处理事业销售额从 年度 420 亿日元，在 年度增加到 1000 亿日元以上”。 在所谓“水比油贵”中东各国，迄今，是燃烧丰富石油使海水蒸发分离盐分“蒸发法”为主流，不过，因为原油价格高涨等费用上升， RO 法在急剧扩大。在沙特阿拉伯， 年造水量中，已增加到占 15％。RO 膜以将类似于尼龙合成物质能够伸展到微小到 0.2 微米薄度超微细孔除去离子等分子级杂质。和涤纶非织造布等粘贴使用，以提升强度，是对将膜在内部卷成伞状管子用高压通水，分离成超纯水和含杂质水结构。是比由将膜重合过滤器“过滤法”进展最高度水处理技术。而且，设备费用是蒸发法大约二分之一，而淡水化率为4 倍，能源消费量为五分之一。每单位淡水化费用廉价 2 成左右，因为原油贵，其差正在扩大。日本厂家自豪在 RO 膜世界市场占约 7 成压倒份额。原来， RO 膜开发在 60 年代美国作为国策先行，杜邦企业等一直在进行。受水资源恩惠日本即使开始晚了，但在 80年代使用超纯水半导体制造用需求扩大，使生产正式化，积蓄了技术。在海外，不仅是海水，处理生活排水确保饮用水动向活跃化。除去比海水盐分更大病毒和杂菌“纳米过滤（NF）膜”和“限外过滤（UF）膜”等需求也正在扩大，日本产品很受欢迎。进而，在日本生产厂家之间，以合作相乘效果对技术精益求精，增强优势动向活跃化。可乐丽 2 月和亲手培育工业用超纯水设备野村 microscience 合作，开始组合可乐丽膜技术和野村设备技术排水回收再生事业。可乐丽伊藤文大社长久待“预定 年销售额从 150 亿日元提升到 200 亿日元，以最快增加实现”。 三菱人造丝和日东电工也在去年携手，以“膜”合作相互补充等寻求竞争力强化。三菱将水处理事业置于和采取碳纤维汽车相关事业等并驾齐驱下一代关键事业，镰原正直社长称，努力“推进合作，扩大向亚洲和欧洲等事业展开”。 支撑日本制造业生产厂家高技术能力伴随贡献消除水不足，正在席卷世界市场。世界严重水不足正在进行， 年 12 月，亚洲太平洋地域约 40 个国家和地域代表集中在日本大分县别府市，在首次召开“亚洲太平洋水首脑会议”上，提出了在该地域得不到安全水人超出 7 亿以上严重问题。进而，全世界人口 65 亿人中，以赤道为中心没有下排水等卫生设备人为 24 亿人，得不到含生活用水在内饮料水人超出 亿人。据世界卫生组织（ WTO）等介绍，为了得 1天必需 20 升水， 亿人要强行 30 分钟以上徒步跋涉。因为相关水疾病而死亡人数每十二个月达 340 万人，其几乎全部是儿童。 其次，地球上水约 97％是海水，淡水只有 3％。而且其多数以冰河等形式存在，人类能够使用淡水仅仅是 0.01％。海水淡水化是消除水不足王牌。 联合国提出了到 年将不能利用安全饮料水人百分比控制在半数方针。 28 日在横滨市召开第 4 届非洲开发会议（TICADIV）上也估计，确保为提升贫困阶层生活水平饮料水将成为关键议题，政府表明了技术合作援助方针。所谓受水恩惠国家日本，但因为澳洲干旱陷入了饲料用谷物不足，世界乳制品价格高涨。中国也产生了黄油缺乏等，世界水不足对于日本人生活来说也不是没相关系。要求日本在技术和资金方面做出深入贡献。四、德国海水淡化技术取得新成就 世界著名泵阀制造商德国 KSB 集团，最近推出了一个用于逆渗透海水淡化过程新技术。这一被称为“ SalTec ”新技术处理方案，能够有效降低海水淡化过程中能源消耗。 在海水淡化工程方面，使用纯机械脱盐方法、无需依靠发电厂及其废热资源逆渗透加工厂，在全世界正变得越来越关键。 KSB 研制新技术，能够使浓缩盐水能量直接转移到还未处理海水那里，而不需要再经过机械变换，由此避免了损耗，达成降低每立方米淡化海水单位能源消耗目标。德国 KSB 集团是全球三大泵阀制造企业之一，现在在中国上海和大连也建有生产基地 ,已成为中国泵阀市场一个关键厂家。在海水淡化方面，它是世界上第一家为逆渗透海水淡化处理提供这种全套处理方案厂商，并已在埃及和马耳她等国安装使用，有着极佳表现。 第二节 反渗透膜法海水淡化技术 一、相关渗透、反渗透相关概念、渗透(osmosis)是指水分子和溶剂经过半透性膜扩散。水扩散一样是从自由能高地方向自由能低地方移动，假如考虑到溶质话，水是从溶质浓度低地方向溶质浓度高地方流动。更正确一点说，是从蒸汽压高地方扩散到蒸汽压低地方。被半透膜所隔开 2 种液体,当处于相同压强时纯溶剂经过半透膜而进入溶液现象，称参透。参透作用不仅发生于纯溶剂和溶液之间，而且还能够在同种不一样浓度溶液之间发生，低浓度溶液经过半透膜进入高浓度溶液中。砂糖，食盐等结晶体之水溶液，易经过半透膜，而糊状，胶状等非结晶体则不能经过。、反渗透当纯水和盐水被理想半透膜隔开，理想半透膜只许可水经过而阻止盐经过，此时膜纯水侧水会自发地经过半透膜流入盐水一侧，这种现象称为渗透，若在膜盐水侧施加压力，那么水自发流动将受到抑制而减慢，当施加压力达成某一数值时，水经过膜净流量等于零，这个压力称为渗透压力，当施加在膜盐水侧压力大于渗透压力时，水流向就会逆转，此时，盐水中水将流入纯水侧，上述现象就是水反渗透（RO）处理基础原理。RO（ReverseOsmosis ）反渗透技术是利用压力表差为动力膜分离过滤技术，源于美国二十世纪六十年代宇航科技研究，后逐步转化为民用，现在已广泛利用于科研、医药、食品、饮料、海水淡化等领域。RO 反渗透膜孔径小至纳米级（1 纳米 =10-9 米），在一定压力下， H2O 分子能够经过RO 膜，而源水中无机盐、重金属离子、有机物、胶体、细菌、病毒等杂质无法经过 RO膜，从而使能够透过纯水和无法透过浓缩水严格区分开来。通常性自来水经过 RO 膜过滤后纯水电导率 5μs/cm （RO 膜过滤后出水电导=进水电导除盐率，通常进口反渗透膜脱盐率全部能达成 99%以上，5 年内运行能确保 97%以上。对出水电导要求比较高，能够采取 2 级反渗透，再经过简单处理，水电导能小于 1μs/cm） ,符合国家试验室三级用水标准。再经过原子级离子交换柱循环过滤，出水电阻率能够达成18.2M.cm，超出国家试验室一级用水标准（GB6682 —92）。 现在关键困难是研制价格廉价、稳定、长久受压无损反渗透膜 。中国从 21 世纪初开始掌握自主反渗透膜生产技术，在国家大力支持下，将该计划列入国家计委高新技术产业化关键发展专题计划，由国家海洋局下杭州水处理研究开发中心子企业——杭州北斗星膜制品负担并研发成功。现在反渗透膜市场 95％为进口膜，国产膜只占据了 5%左右市场，中国反渗透技术还有很长路要走。二、反渗透膜法海水淡化技术发展历程 海水淡化是从海水中获取淡水技术和过程。早在 50 年代，为处理“水危机”，美国 52年起专设盐水局， 74 年后转为资源技术局，不停推进水资源和脱盐技术进步，其中反渗透法海水淡化（SWRO 1953 年据膜和海水界面有一纯水层而提出；73 年日本通产省下设造水促进中心，专门研究节能脱盐技术，欧洲则在尤里卡等计划下推进海水淡化发展，它们也全部以膜法为关键。经过近 50 年研究、开发和产业化，SWRO 自 70 年代进入海水淡化市场以后，发展十分快速。RO 用膜和组件已相当成熟，组件脱盐率可高达 99.5％以上，有约 20 年经验积累， SWRO 工艺过程也逐步成熟，多年来，功交换器和压力交换器开发成功使能量回收效率全部高达 90%以上 [3] ，从而使 SWRO 本体能耗在3kWh/m3 淡水以下，成为从海水制取引用水最廉价方法，深入增强了 SWRO 竞争力。近几年来，在国际海水淡化招标中， SWRO 以投资最低，能耗最省，成本最低，建造周期短等优势而频频中标。 SWRO 所以能如此成功，和其在膜、组器、设备和工艺等方面创新性开拓是分不开。三、反渗透膜法海水淡化技术关键创新进展 （一）反渗透膜进步在反渗透膜发展历史中，不对称膜和复合股研发是创新两个范例。不对称膜Loeb 和 Sotrirajan 于 1960 年制得了世界上第一高股盐率，高通量，不对称醋酸纤维素CA）反渗透膜，其创新在于，以往膜皆为均相致密膜（约 0． lmrn 厚），传质速度极底，无实用价值，而不对称膜仅表皮层是致密（约 0.2m 厚）就这一点，是传质速度提升了近 个数量级，表1 给出了 1968 年研制 CA－CTA 膜性能。现在通用CA 反渗透膜多用于表面水处理，表 2 给出了其基础膜性能。复合膜不对称膜在高压下中间过渡层有压密现象，使水通量下降，为此在1963年提出了复合膜概念，其创新点在子膜脱盐层和支撑层分别由优选材料来制备，如脱盐层（约0.2m厚）是芳香族聚酰胺，支撑层是聚砜，这是膜性能深入提升，表3给出了复合膜经典性能。2、膜组器技术不停发展反渗透膜组器技术创新，伸膜性能得以充足发挥，这里尤其提出是中空纤维反渗透器和卷式反渗透元件。中空纤维反渗透器经过多年研究开发，1970年美国 DuPont 企业推出B－9型苦咸水脱盐用中空纤维反渗透器，作为重大化工进展而取得1971年美国化工学会奖。其特点是：一支直径4英寸反渗透器可内含90万条φ084μm，φ142μm中空纤维，表面积达150m2，在2.6MPa下苦咸水脱盐可达8m3/d以上。卷式反渗透元件一样地，自1964年提出卷式元件概念，经十多年数次更新换代，卷式元件也于1970年代中商品化，其构思是数个膜对绕中心多孔产品水管卷起来，呈筒状，其中，膜对是由两张膜（脱盐层向外）和置于中间产水流道布组成，除靠中心多孔产品水管一边外，其它三边全部用粘合剂密封；使用时，将其放入压力容器中，这一构型使膜片使用和生产（尤其是复合膜）得以急剧扩展。现在广泛使用组件就是上述这两种，中空纤维组件堆砌密度达10000m2/m3，卷式元件达1000m2/m3，即使后者堆砌密度低些，但对进水预处理要求不像中空纤维组件那么严。现在广泛应用中空纤维组件有DuPont 企业芳族聚酸胺（如B－10 型6845TR，产水量约26m3／d）和日本东洋纺三醋酸纤维素（如 HR8355，产水量约 12m3／d）。卷式元件多由美、日数家企业生产如美国Filmtec 和Hydranautics，日本Nitto和Toray等，现多用复合膜制作，且以直径为8英寸居多（通常产水量约20m3／d）。 3、关键设备不停改善和此同时，膜脱盐用关键设备，如高压泵和能量回收装置也得到快速发展。除高压泵品种和型号不停增多，容量不停增大，和效率不停提升之外，尤其应提及是能量回收装置，反渗透海水淡化所以能成为有竞争力过程，能量回收装置作用功不可没。第一代能量回收装置是和高压泵电机主轴相连涡轮机，用脱盐后高压浓海水冲击往返收能量，效率约50％；第二代产品是水力涡轮增压器，其优点是无须和泵主轴相连，安装方面，效率也在50％左右；第三代产品为功或压力交换器，互接将压力由浓海水传给新进海水，效率大于90％，这么反渗透海水淡化本体耗电降到3kwh／m3以上。工艺过程连续开发据反渗透膜和组器技术进步，SWRO 工艺也不停地发展，关键工艺过程以下：二级海水淡化工艺 1970年代商用RO膜脱盐率仅在95 一98％时，为了从海水中制取饮用水而采取此工艺，第一级产水（约 mg/L）,再经第二级深入淡化为饮用水，第二级浓水返回第一级作为部分进水，显然该过程能耗是高，约10kwh/rn3以上。一级海水淡化工艺 1970年代末，尤其是1980年代中期以后，RO膜脱盐率达99.2%以上，这为一级SWRO发明了条件。海水经一级RO后，产水即为饮用水（300－400mg/1），水回收率30—35%。高压一级海水淡化工艺这是多年来，为了深入提升回收率而提出新工艺之一。通常一级SWRO操作压力在 5.5MPa，而若提升到8.4MPa下操作，则可达60％回收率，这么海水预处理省了，试剂用量少了，能耗也低了，新建SWRO厂可采取该工艺。高效两段法这也是提升回收率新工艺，这是一级两段工艺改善，在两段间设增压部分，第一段浓海水经增压和最终能量回收部分相结合进入第二段，这也可使回收率达60％。该工艺不仅适合于新建研件SWRO厂，且可将以前一级SWRO厂增设第二段，变其产量增加二分之一。 另外沙特海水转化企业研发中心提出纳滤（NF）－RO）一蒸馏新工艺；也有些人提出利用深海静压力进行SWRO淡化，相同地，上海一环境企业提出用人造水柱静压力进行SWRO淡化等。四、反渗透膜法海水淡化技术深入发展 、RO 脱盐技术除SWRO淡化，处理沿海地域和岛屿用水担心情况之外，RO广泛用于苦咸水淡化和纯水和超纯水制备，并成为最经济工艺过程。其中，纯水和超纯水制备约占RO市场70—80％，包含电子、电力、化工、石化、医药、饮料、食品、冶金等各行业；苦咸水淡化将在西部大开发中深入发挥作用。RO 预浓缩技术在膜下游取得淡水同时，上游料液被浓缩，因为渗透压限制，将无机盐和小分子物质浓缩到10％左右是经济，这已在化工、医药、食品和中草药等领域得以应用，在环境保护方面，RO也用于电镀、矿山、放射、垃圾渗滤等废水浓缩处理，水回用或达标排放。RO集成工艺RO 膜过程有其特点也有其程度和使用要求，为了发挥RO优势，采取集成膜过程是十分关键。如上述纯水和超纯水制备、物料浓缩、海水全利用等基础上全部是RO和其它技术集成。RO发挥了其脱盐和预浓缩作用。纳滤（NF）纳滤膜和工艺全部是在RO膜和工艺研发基础上形成，NF膜孔径在纳米级，其对单价盐类易透过，而对多价盐和分子量1000以下物质截留率很高，这一特点，决定了其在饮用水净化、水软化及生物、医药、化工等行业分离、净化和浓缩中广泛应用，成为改造传统生产工艺，开发新工艺过程方面一项关键技术。五、膜性能优化对海水淡化系统影响 商业反渗透复合膜评定指标为盐透过率及特征水通量。苦咸水脱盐用反渗透发展方向为降低盐透过率及提升特征水通量。在1995年初，一个新用于处理苦咸水芳香聚酰胺复合膜投入商业使用[1]，膜性能取得了显著提升。这种新膜材料被命为ESPA，该膜含有很高特征水通量（0.24gfd/psi-nct）,大约是前一代芳香聚酰胺复合膜两倍，同时保持低盐透过率。这种新膜标称脱盐率和传统苦咸水用芳香聚酰胺复合膜相同，为99%。较高特征水通量使RO系统要求给水压力更低，同时能耗也更低，不过为了完全发挥新技术节能潜力，在一些进水含盐量、温度操作参数条件下，和使用传统膜元件RO 系统相比，必需对装有新型膜元件RO系统设计作部分修改。RO 工艺对给水压力要求为了达成RO系统设计流量所需给水压力和很多工艺参数相关，其中有部分是相互关联。这些参数可分为3种基础类别。头两类分别为特定参数类和系统设计参数类。特定参数类包含给水含量和给水温度。系统设计参数类包含平均水通量，回收率和系统压降。膜特征水通量属于另一类别，是RO膜材料内在特征。特征水通量常以单位压力下产水量来表示，其定义为在RO系统中生产出给定平均水通量所要求净驱动压力（NDP）。在给定设计条件和运行条件下，给水压力由设计平均水通量所要求NDP决定。NDP和RO系统平均水通量（APF）设计值和所选膜型特征水通量（SPF）有下列关系式：NDF=APF/SPF(1)设计给水压力（Pf）等于设计平均水通量所需要NDP、给水/浓水平均渗透压（P0）、RO 系统平均压降（Pd）和产水压力（Pp）之和：Pf=NDP+P0+Pd+Pp(2)在公式（2）中，假设产品水渗透压能够忽略不计。因为对于现在高脱盐率膜元件来说其产水含盐量大约是给水/浓水平均含盐量1-2%；所以产品水渗透压能够忽略。依据公式（1）和（2）能够看出，NDP值和所要求给水压力值直接和RO系统设计平均水通量成正比，和所选膜类型特征水通量成反比。在传统RO系统中，伴随给水/浓水侧渗透压增加和给水压力降低，NDP 沿系统下降。给水压力下降关键是因为在膜元件给水通道中产生摩擦损失（压力降）所致。在这种涡卷式膜元件中压力降是平均给水流量（Qfb）函数，并和功率因子（b）和给定组件特征常数（A）相关。Pd=A*（Qfb）b为了有效地利用系统中膜面积，RO系统给水压力应该足够高，从而确保在系统后部膜元件（该部位渗透压最高）仍有足够 NDP。图1 给出了一个二段RO 系统压力和膜元件位置关系，该系统中每个压力容器装有7根膜元件，整个步骤为14根膜元件。用于计算给水-浓水侧渗透压参数是给水含盐量1500ppm、给水温度25℃、系统回率85%、平均水通量为 15gfd(24.8m2/hr)。传统膜（ CPA2）和新型号膜（ESPA ）所需给水压力依据公式（1）-（3）计算，并以压力1277Kpa(185psi)和996Kpa（140psi）两条平行水平直线表示。使用ESPA膜元件RO系统所要求给水压力比用 CPA2膜元件RO 系统所需要给水压力低22%。不过在装ESPA膜系统中如按这些系数运行时，系统尾部位置膜元件NDP很低且产水量也极低。为使用CPA2膜元件 RO 系统中水通量分布数据。水通量分布斜率随给水温度改变，温度越高曲线变得越陡。即使根据35℃最高给水温度计算时，CPA2系统中尾部膜元件仍有足够产水量。对于使用ESPA膜元件RO系统，在一样设计条件下，产水通量分布和使用CPA2膜元件RO系统有显著不一样，因为有较高特征水通量，沿RO系统产水量分布曲线会更陡，在系统尾部ESPA膜元件在给水温度为25℃以上时产水通量很低。给水温度越高，前级膜元件产水量就越大。这种操作条件将造成前级膜元件发生过分浓差极化，且轻易受到污堵。不均衡通量分布也影响产水质量，尤其是在水温度高条件下，在给水抵达系统尾端之前就已达成设计回收率，这时大部分膜表面和给水中高浓度盐溶液接触，使大量盐离子透过膜元件，从而造成产水中含盐量增加。改善系统设计装有超低压膜元件RO系统产水通量分布可经过改善系统设计而取得改善。一个方法是调整前段膜元件产水量，这能够经过在第一段产水管路上安装一个调整阀来实现。 部分关闭调整阀，会提升第一段产水管中压力，而产水压力增加将降低。NDP[ 公式（2）]，造成第一段产水量降低。为了确保系统产水量，这就需要提升给压力，并进而提升以后各段水通量。另一个可提供类似效果方法是在系统中加入增压泵，增压泵通常装在最终一段给水管上，就水通量分布而论，这种方法和产品水节流方法相比，其实际结果是相同。第2种设计关键优点是避免了因产品水节流而造成能量损失。第3种设计方法是在同一系统中使用两种不一样膜元件，将含有较低特征水通量CPA2膜元件安装在系统前段位置，这里NDP值最大，在系统后部使用ESPA膜元件以赔偿NDP降低。和CPA2膜元件相比，ESPA膜元件有对高脱盐率，所以ESPA膜元件能够装在这种混合系统末端，而不会显著提升产品水含盐量。RO 装置能耗RO 系统能耗为生水泵能耗、预处理系统因压力损失所造成能耗、辅助设备能耗、高压泵能耗及产品水输送泵能耗之和。高压泵马达能耗占 RO 系统能耗绝大部份。RO系统所要求给水压力受所使用膜元件类型（即特征水通量值）和系统排列影响。高压泵比能耗（SPC）是给水压力（Pf）、回收率（R）、泵和马达（Ep、Em）效率函数。膜产水通量和膜元件所在序位关系产水通量和膜元件所在序位关系图表10 在平均产水通量为15 和20gfd时，不一样RO系统中能耗注：给水含盐量1500ppm85%；给水温度（℃）；5、15、25和35，产水通量为15和20fdSPC=K*Pf/(R*Ep*Em)(4)K是单位转换常数上述关系式仅适适用于只有单个给水泵系统。对于使用段间加压泵系统，所需功率为主给水泵功率及段间加压泵功率之和。上表为不一样系统设计时比能耗计算结果。为计算能耗，假设泵效率为 82%，马达效率为93%，在对使用传统CPA2膜元件和使用低压ESPA膜元件RO 装置能耗进行对比时，很显著给水温度影响能耗。伴随水温度上升，这两类膜元件能耗差绝对值和百分数全部降低，采取段间加压泵来改善装有ESPA膜元件系统水通量分布，不会造成能耗产生显著改变，采取混合膜元件系统能耗，即在一个装置中同时使用ESPA膜元件和CPA2膜元件能耗在单独使用这两种膜装置能耗之间，和带段间加压泵系统相比，这种使用混合膜元设计为水通量分布不均匀场所提供一个间单、低费用处理方案，但能耗相对较高。改善系统排列在传统 RO 系统中压力容器采取多段排列方法[2]，前后两段中压力容器数量比大约为 2：1。这种排列是为了使膜元件给水通道中保持高流，以使膜表面产生紊流并降低溶解盐在膜表面过份浓缩，基于系统成本考虑，系统设计正转向数量更少、但长度更长压力容器，这么可更多膜组件串联起来，这种设计趋势造成系统压力损失更高。在装有传统膜元件RO系统中，给水通道中压力损失仅占总给水压力一部分。新ESPA型膜元件有更高特征水通量，所以在相同较低给水压力下工作，对于采取ESPA膜元件系统，其给水-浓水侧压力损失限制了采取新型膜元件所带来潜在节能可能性。经过改变设计以降低流长度、压力溶器段数可降低压力损失，在图8 中给出了对应不一样系统排列给水压力也不一样一个例子。给水压绝对值取决于给水成份和系统参数，水流长度越短，能耗越低。不过系统中水流长度越短将就需要有更多压力容器并联连接，从而造成给水通道中流速较低。在 RO 系统设计时膜元件制造高提议了浓水最小流速。对于8直径膜组件，最小浓水流速大约为2.7m3/h(12gpm)。只有少数排列方法能够确保这一设计值。尤其是在比较常见15gfd水通量时更是如此，增加设计平均水通量将提升每个压力容器中浓水流量，所以可使系统中水流长度缩短在设计水流长度较短反渗透系统时，另外一个限制参数是浓差极化因子（CPF）。CPF表示在膜表面过量溶解离子浓度，CPF和产水流量（Qp）和平均给水量比成正比。CPF=exp(A*Qp/Qn)(5)公式（ 5）中流量比为膜表面垂直流量和膜表面平行横向流量之间比值。CPF还可依据单个膜元件回收率表示为：CPF=exp[A*2R/(2-R)](6)通常对 40（100cm）长膜元件限制值是1.2，此时对应回收率大约为18%。使用氯化钠溶液进行短期测试结果显示，在相对较高回收率时膜性能比很稳定。不过在实际现场操作中，这会使膜结垢速度加紧。第三节国外海水淡化技术发展分析 一、核能海水淡化技术取得进展 核能海水淡化是以反应堆提供能源海水蒸馏技术，现在世界上已经有11个核电站安装了海水淡化装置，提供饮水和核电站补给水。在国外内核反应堆技术成熟条件下，核能海水淡化在技术上已经不存在障碍。作为一个新技术,核能海水淡化利用核反应堆,在综合性设备中将再生电能和海水淡化所用热能结合起来。核能海水淡化有两项独特优势:1.海水淡化花费电能,而来自核反应堆电能不会产生温室气体;2.因为石油和天然气价格上涨,以核能淡化海水同以化石燃料能源淡化海水相比含有竞争力。根据通例,核反应堆产生大部分热能全部浪费了,将其用在海水淡化上将是最好选择。沿海小城市小型和中型核反应堆也是海水淡化好选择,它们可使用热电联产中涡轮产生低压蒸汽和最终冷却系统产生高温海水。国际原子能机构(IAEA)已在多个国家进行了大量研究和数据汇编。在法国为突尼斯进行一项研究中,将循环式燃气轮机和4种核能利用方法进行对比,发觉核能海水淡化成本约为燃气轮机二分之一。综合性核能海水淡化装置可行性已经得到了超出150反应堆年试验证实——这关键是在哈萨克斯坦、印度和日本开展。现在,世界范围内处于计划阶段新设备还有50个,分布于韩国、俄罗斯、巴基斯坦、突尼斯、摩洛哥、埃及、阿尔及利亚、利比亚、伊朗、卡塔尔、约旦和阿根廷。这些设备在不一样国家有不一样用途,比如日本将淡化后海水用于冷却反应堆。另一个利用热电联产策略是使反应堆最大程度运行以满足输电网需要 ,但当需求降低,将其中一部分用于开启反渗透技术海水淡化。二、CECO 水电联产海水淡化处理技术因为全球气候变暖，干旱、缺水已经严重影响到世纪大多数地域经济发展，水资源严重匮乏更给部分发展中国家稳定组成了潜在威胁。依据国际水资源管理学会研究，2025年，生活在干旱地域10多亿人将面临极度缺水状态。一直以来，大家全部知道这么一个常识：海水不能喝。因为其中含有大量钠盐、钾盐、卤化剂等物质，口味相当咸涩。海洋面积占地球总表面积 3/4，但淡水仅占其3%，且大部分被封在冰帽中，可饮用淡水资源几近枯竭。很多国家和地域处于严重缺水状态，中国更是一个淡水奇缺国家，为了处理天津饮水问题，政府斥资引滦济津，引黄济津。面对汪洋大海，人类却只能望洋兴叹：假如海水淡化，该有多好呀！现在，这一梦想已成现实，海水不仅能喝了，还能用来发电。北京中宜环能环境保护技术（CECO）已成功地研究开发了海水淡化处剪发电系统。此项发明系CECO自行研制开发纯国产化技术设备，拥有独立知识产权，获国家发明专利。CECO 海水淡化处剪发电综合系统是利用海水在淡化处理中产生势能带动防碳酸盐抗腐水轮机运转产生电能，而产生电能关键用于海水淡化蒸馏和反渗透膜淡化过程所需能耗及海水淡化处理厂本身所需电能，是一个低成本、高效率处理技术。该系统包含海水加温反渗透膜技术、海水淡化发电技术、海水淡化计算机控制技术。采取光纤数据高速公路，使用环形拓展结构，能够满足系统分布式实时控制要求。和以前膜分离法和蒸馏法处理海水相比，实现了海水淡化处理能量综合利用和转化，实现电能自给，大大降低了处理成本，使处理后海水成本仅为0.85元/吨。现在，干旱已给很多国家政府增加了沉重财政负担，为处理缺水问题，高昂专题财政支出使政府背上了沉重包袱。有统计显示，仅巴基斯坦一国，用于缓解干旱费用每十二个月就需要 2.5 亿美元。中国用于抗旱财政支出也是巨额。CECO这项发明含有实用性和可行性，用海水发电同时生产淡水，无疑是处理人类缺水困扰良策。三、CDI 海水淡化技术简析CDI(Capacitivedeionization)(即电容静电脱盐)，是利用一个流过式电容器(Flow-throughcapacitor,FTC) 及电容充放电原理,开发海水淡化技术。以低电压直流电对FTC充电,海水流过电极表面，盐分即以正负离子被吸附于负正电极上,使海水变成淡水。当饱和FTC放电时,电极所储存电能和离子均可回收,大大降低了能耗，使电极表面变洁净可反复使用。资源回收和FTC无污染快速再生,是CDI海水淡化技术最大特点。 1.耗能低，产水率高；（海水淡化每吨成本约4元）2.前处理和电极再生均不用化学品；3.90%以上水回收率；4.30%以上电能回收率；5.海盐分类回收。图表 和传统多个海水淡化工艺比较表 蒸馏法图表12 全新 CDI 海水淡化技术 第四节中国海水淡化技术进展 一、海水淡化技术在废水、污水处理中应用 海水淡化为高食盐水深度脱盐技术，为提升原水回收率，对排放浓水浓度也有一定要术这和超滤、微滤处理污染或微污染水技术特征大不相同，和高浓度废水处理，尤其是无机系废水处理存有较多共性技术，但要尤其注意膜对料液环境适用程度。反渗透处理电镀废水、放射性废水己很成熟。上世纪七十年代开始用于镀镍漂洗废水处理，尔后又用于镀铬、镀铜、镀锌、镀镉等废水处理。美国芝加哥API工艺企业采取B－9芳香族聚酰胺中空纤维膜组件处理WattNi 漂洗水，废水含Ni2+650mg/L，经RO浓缩20倍达至13000mg/L、Ni2+分离率为92％。北京广播器材厂用醋酸纤维素膜处理亮镍和暗镍漂洗废水，废水中Ni2+为1510——2400mg/L。系统Ni2+回收率＞99％。因为ED海水淡化耗电为 RO 3倍，ED在海水淡化中应用愈来愈少，其在苦咸水脱盐中仍有较大竞争优势。离子交换膜含有很强耐酸、碱性，耐氧化性，在含酸、碱、盐高废水处理中应用十分广泛。中国ED、RO用于废水处理，以膜集成技术发展零排放工程为开发方向，不仅回收有效成份，真回收淡水可做工艺或生活用水。如Al2O3生产零排放工程。将Al2O3生产废渣赤泥上结合碱和附液碱，经过加石灰乳和通入蒸汽，从固相转移到液相，形成约含8g/LNaOH复杂溶液，微孔过滤后进入电渗析，制取含碱＜500mg/L生产用水和工艺用2NaOH。中国西部天然气井涌出含10000－30000卤水，可用BD－RO步骤脱盐并浓缩，RO制得＜400mg/L优质生活用水，BD可浓缩卤水达140g／L左右，提取Br、I或蒸发制盐。据联合国提供资料分析，中国水资源总量为28124亿m3，居世界第6位，中国人均水资源量为2340m3，全球排在109位。到本世纪中叶，中国人口估计16亿时，人均水资源为1600m3，成为严重缺水国家。中国设置668个城市中，缺水城市约400个，严重缺水城市约108个。这些城市日缺水量为1600万m3，整年缺水量为200亿m3。中国每十二个月工业、生活污水排放量已达约600亿m3，90％城市水域受到不一样程度污染，尤其南方城市因为采取地表水做水源而地面水又受到不一样程度污染。所以又造成水质性缺水。水是中国经济、社会发展战略性资源。中国政府对水资源开发、利用、保护十分重视。在海水淡化、苦咸水脱盐、废水回用中，RO和ED脱盐技术将发挥关键作用。二、中国海水淡化零排放技术有望推进产业变革 一项处理中国沿海城市水荒、科学高效海水淡化创新发明专利，以变革思维，整合利用了已经有成熟技术，不仅能处理“水荒”难题，而且还能够将海水淡化变成一个低价格、零污染、高回报产业。这项称为“高效益零排放海水淡化综合利用组合生产工艺”发明，最近已经申报了国家专利，正在进入产业化阶段。海水淡化领域产业变革传统海水淡化技术，经历半个世纪发展，其中被应用较多比较成熟淡化技术有多级闪蒸、低温多效、反渗透膜、电渗析技术等四种；前三种方法是淡化法，是从海水中取水，第四种方法是浓缩法，是从海水中取盐。应用上述四种海水淡化技术，现在世界上